问题 解答题
设f(x)是定义在区间(1,+∞)上的函数,其导函数为f'(x).如果存在实数a和函数h(x),其中h(x)对任意的x∈(1,+∞)都有h(x)>0,使得f'(x)=h(x)(x2-ax+1),则称函数f(x)具有性质P(a).
(1)设函数f(x)=Inx+
b+2
x+1
(x>1)
,其中b为实数.
(i)求证:函数f(x)具有性质P(b);
(ii)求函数f(x)的单调区间.
(2)已知函数g(x)具有性质P(2),给定x1,x2∈(1,+∞),x1<x2,设m为实数,a=mx1+(1-m)x2,β=(1-m)x1+mx2,且a>1,β>1,若|g(a)-g(β)|<|g(x1)-g(x2)|,求m取值范围.
答案

(1)f′(x)=

1
x
-
b+2
(x+1)2
=
1
x(x+1)2
(x2-bx+1)

∵x>1时,h(x)=

1
x(x+1)2
>0恒成立,

∴函数f(x)具有性质P(b);

(ii)当b≤2时,对于x>1,φ(x)=x2-bx+1≥x2-2x+1=(x-1)2>0

所以f′(x)>0,故此时f(x)在区间(1,+∞)上递增;

当b>2时,φ(x)图象开口向上,对称轴 x=

b
2
>1,

方程φ(x)=0的两根为:

b+
b2-4
2
b-
b2-4
2

b+
b2-4
2
>1,
b-
b2-4
2
=
2
b+
b2-4
∈(0,1)

当 x∈(1,

b+
b2-4
2
)时,φ(x)<0,f′(x)<0,

故此时f(x)在区间 (1,

b+
b2-4
2
)上递减;

同理得:f(x)在区间[

b+
b2-4
2
,+∞)上递增.

综上所述,当b≤2时,f(x)在区间(1,+∞)上递增;

当b>2时,f(x)在 (1,,

b+
b2-4
2
)上递减;f(x)在[
b+
b2-4
2
,+∞)上递增.

(2)由题设知,函数g(x)得导数g′(x)=h(x)(x2-2x+1),其中h(x)>0对于任意得x∈(1,+∞)都成立

∴当x>1时,g′(x)=h(x)(x-1)2>0,从而g(x)在(1,+∞)上单调递增

①m∈(0,1),α=mx1+(1-m)x2>mx1+(1-m)x1=x1

α<mx2+(1-m)x2=x2

∴α∈(x1,x2)同理可得β∈(x1,x2

由g(x)得单调性可知,g(α),g(β)∈(g(x1),g(x2))

从而有|g(α)-g(β)|≥|g(x1)-g(x2)|符合题意

②m≤0时,α=mx1+(1-m)x2≥mx2+(1-m)x2=x2

β=(1-m)x1+mx2≤(1-m)x1+mx1=mx1

于是由α>1,β>1及g(x)得单调性可知g(β)≤g(x1)<g(x2)≤g(α)

∴|g(α)-g(β)|≥|g(x1)-g(x2)|与题设不符

③m≥1时,同理可得α≤x1,β≥x2,进而可得|g(α)-g(β)|≥|g(x1)-g(x2)|与题设不符

综合①②③可得m∈(0,1)

单项选择题
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